Pspice study - 06 시뮬레이션 - Time Domain

Chapter 5. 시뮬레이션 - Time Domain (Transient)

※ 시간흐름에 따른 시뮬레이션을 수행한다. 특히 L과 C의 초기값에 유의하여야 한다.

1. 회로도

## 사용 부품 리스트 ##
VDC/source
0/source
R/analog
C/analog
sw_tClose/eval
sw_tOpen/eval

회로도를 작성 후 in과 out에 해당하는 net이름을 할당해 준다.

2. 시뮬레이션 프로필 설정

다음과 같이 Time Domain (Transient)를 선택해 준다.

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이때 나타나는 항목들은 다음과 같다.

# Run to time : 시뮬레이션을 진행할 시간을 입력한다.

# Start saving data after : 언제부터 시뮬레이션 결과를 디스플레이 할 지 정한다.

# Maximum step size : 시뮬레이션에서 나타나는 결과값의 시간 step 간격을 의미한다. 일반적으로 시뮬레이션 시간의 1/5000 ~ 1/10000에 해당하는 값을 입력한다.
ex) 시뮬레이션이 5ms동안 진행된다면, step size는 0.5us ~ 1us 정도로 설정하도록 한다.

# SKIPBP : 회로작성에 사용된 커패시터나 인덕터의 초기 전압, 전류치를 0으로 설정한다. 만일 커패시터 충전회로를 작성하고 시뮬레이션을 할 때, 이부분을 체크하지 않으면 0s부터 커패시터는 충전상태로 시뮬레이션이 시작되게 된다.

***SKIPBP를 체크한것과 아닌것의 차이는 뒤의 시뮬레이션에서 확인하도록 하자.


프로필 작성이 완료되면 확인을 누른 뒤 out node에 voltage probe를 붙여주고 시뮬레이션을 실행하도록 한다.

3. 실행 결과

실행시키면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

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※ 만약에, 위에서 언급한 SKIPBP를 체크하지 않고 시뮬레이션을 실행하면 다음과 같다.

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결과에서 볼 수 있듯이, SKIPBP를 체크하지 않는경우 커패시터가 0s부터 5V로 충전되어있음을 알 수 있다. 이는 인덕터의 경우에도 마찬가지이며, 체크시 인덕터의 초기전류는 0A로 설정된다.



이제 본격적으로 해석을 해보도록 하자


처음 0~50s 구간에서는, 커패시터 양단에 5V짜리 전압원을 인가하여 충전을 하는 회로로 동작하게 된다. 따라서 커패시터는 0V부터 5V까지 서서히 충전이 되기 시작하는데,

인가된 전압(여기서는 5V)의 63.212% 가 충전되는 시점의 시간을 '시정수(time constant) : Tau'라고 한다.

만일 이 시정수를 공식을 통해서 구한다면, 시정수 Tau = R x C = 100k x 100u = 10s으로 구할 수 있다.

따라서 회로에 인가된 전압 5V의 63.212%가 충전되는 시점이 10s인지 확인 해 볼 필요가 있다.


우선 5V의 63.212%가 되는 값을 Tau로 설정하도록 한다.
전압값은 Y축에 해당하므로 다음과 같이 진행하도록 한다.


먼저 상단의 메뉴에서 Trace > Add Trace를 선택한다.

Add Traces 윈도우 아래쪽의 Trace expression에

0.63212*5;Tau

라고 입력한다. 중간의 세미콜론은 아래 범례에서 수식은 제외하고 Tau라는 문자만 나타내도록 하기 위함이다.

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완료하면 다음과 같이 Tau라는 새로운 그래프가 추가되어있다.

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이제 화면 중앙 상단에서 Toggle cursor 아이콘을 클릭한다.

그러면 그래프 상에 커서가 생성되고 원점에 위치하게 된다. 커서는 2개가 있으며 하나는 마우스 좌측버튼으로 움직이고(커서1) 하나는 마우스 우측버튼으로 움직일 수 있다(커서2)

이제 Toggle cursor의 우측 아이콘들이 활성화 되는데, 가장 오른쪽의 Cursor search 아이콘을 클릭한다.

Search command 창에 search forward x value (10s) 을 입력하고 확인을 누른다.
1번 커서를 이동시킬지, 2번 커서를 이동시킬지도 선택한다.

## Tip ##
search forward : 커서의 현재위치에서 값이 증가하는 방향으로 검색한다.
search backward : 커서의 현재위치에서 값이 감소하는 방향으로 검색한다.

x vlaue (값) : X축 검색시
level (값) : Y축 검색시

그래프 상에 한 지점으로 해당 커서가 이동하게 된다.
이 상태에서 툴바 가장 우측에 있는 아이콘인 Mark label을 클릭해 주면 해당지점을 표시 할 수 있다.

다음과 같은 결과화면을 볼 수 있다.

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10s의 값인 3.1606은 5V의 63.212%에 해당하는 값이므로 해석이 제대로 되었음을 알 수 있다.